Hur Alnico magneter tillverkas

Alnico är en legering som huvudsakligen består av en kombination av aluminium, nickel, kobolt och järn samt varierande halter av koppar, titan och niobium.

Den exakta kemiska sammansättningen inom Alnico beror på vilken kvalitet Alnico har. Ett exempel på sammansättningen ges nedan.

Typisk sammansättning av Alnico legering

Ett exempel för sintrad Alnico 8 är – 31,5 % järn, 36 % kobolt, 13,5 % nickel, 7,2 % aluminium, 3,5 % koppar, 7,5 % titan och 0,8 % niobe.

Alnikomagneter kan tillverkas antingen genom sintring eller genom den vanligare gjutprocessen. Alnicostrukturen består av en starkt magnetisk Fe-Co-stångsmikrostruktur i en svagt magnetisk Ni-Al-matris – stavformens anisotropi ger Alnico sin koercitivitet.

Gjutet Alnico

Varje Alnikokvalitet har sin egen sammansättning av grundämnen i varierande proportioner. Elementen till Alnico läggs i en ugn (en induktionsugn används vanligen) och smälts vid 1750-1780 grader C. En större mängd aluminium (Al) än vad som krävs tillsätts inledningsvis eftersom en del Al förloras med tiden på grund av att det smälter vid 680 grader C. Som ett resultat av detta är tiden under gjutningen mycket viktig eftersom den påverkar Ni:Al-förhållandet.

Den smälta Alnico-legeringen hälls i sandformar. Sandformarna som har förberetts i förväg för den önskade formen på magneten. Sandformen innehåller volymer som är formerna för magneten som är sammanlänkade med horisontella rör (runners) och vertikala rör (risers). När den smälta magnetlegeringen hälls in i formen kan den lätt tränga undan all luft för att fylla alla utrymmen och håligheter (metoden för att framgångsrikt skapa sandformar är en teknisk process). Eftersom man vid gjutning använder sig av runners och risers är utbytet inte 100 %. Sandformen och gjutningen kyls snabbt för att undvika att det bildas gamma andra fas. Ibland finns det särskilda plattor i botten av formarna som kallas ”chills” och som underlättar kylningen. Ibland är den sand som används exotermisk sand. Den exoterma sanden ger en annan kylningshastighet och ”kylplattan” ger möjlighet till en kolonnformig eller halvkolonnformig kristalltillväxt för att producera Alnico med de högsta Br-värdena. Kylhastigheten och även magnetens ytfinish påverkas av mängden sand som används i gjutningen, sandkornstorleken och sandens egenskaper.

När magneten har svalnat bryts sandformen ner och magneterna återvinns (sanden återvinns; löparna och stigarna avlägsnas och återvinns). En värmebehandlingscykel i närvaro av ett magnetfält avlägsnar alla oönskade andra faser och ger en del av de slutliga magnetiska egenskaperna. Ett sista tempereringssteg ger temperaturkoefficienter och slutliga magnetiska egenskaper (förbättrar magnetens koercitivitet Hc och Hci). Värmebehandlings- och härdningsstegen kan ändras för att ge dessa magneter en minskad sprödhet, men detta är mycket dyrt.

Om det behövs slipas magneterna till färdig storlek. Alnico är mörkgrå/svart i gjuten form och har en grov textur (texturen kommer från sandformen). Den maskinbearbetade finishen är en slät ljus metallisk färg. Det är ingen nackdel för magnetens prestanda om de icke-polära ytorna lämnas som gjutna (detta är billigare), även om vissa kunder kanske föredrar att alla ytor bearbetas av estetiska skäl. Vid behov magnetiseras magneterna också innan de packas.

Gjutning är den enda metoden för att tillverka stora Alnico-magneter. Magneter på upp till 30 kg, kanske till och med tyngre, kan tillverkas genom gjutning. Det kan finnas mycket små luftfickor i gjutna Alnico-magneter – detta är helt normalt och skadar inte magneten.

SINTERAD ALNICO

Sinterad Alnico tillverkas genom en pressad pulverprocess. Den önskade blandningen av metallpulver pressas i en form som ligger mycket nära den önskade slutliga formen. Den resulterande ”gröna” magneten sintras sedan vid cirka 1260 grader C i en väteatmosfär för att smälta ihop pulvret. Magneterna är faktiskt strukturellt starkare än gjuten Alnico (det rekommenderas fortfarande att man undviker att använda magneterna i tillämpningar där de är lastbärande eftersom de kommer att gå sönder). Även om sintringen kan orsaka en mindre grad av formvariation från den ”gröna” formen, uppnås ändå relativt snäva toleranser utan behov av ytterligare bearbetning/slipning. Generellt sett är sintrade Alnico-magneter små och väger vanligtvis mindre än 30 gram. Processen för framställning av sintrad Alnico är lämplig för volymproduktion

.